Электросталеплавильное производство стали марки 3Х3М3Ф

Розливання стали при всіх вказаних способах виробляється в злитки або на установках безперервного розливання сталі.

Електрошлаковий переплав. Підшипникова сталь стала одним з перших об'єктів, на яких булла випробувана, а потім успішно впроваджена технологія ЕШП. При проходженні електричного струму через шар рідкого шлаку в ньому виділяється тепло, оплавляються кінець електрода, завантаженого в шлак. Склад шлаку підбирають таким чином, щоб він володів високою рафінуючі дією і високим електроопором. Розплавлений метал, проходячи через шлак, рафінується, в ньому знижується вміст кисневих включень і сірки. Потрапляючи до водоохолоджуючих кристалізаторів очищений метал швидко і направлено кристалізується, що запобігає утворенню дефектів злитка.

Особливостями злитків електрошлакового переплаву є висока щільність, відсутність великих неметалічних включень, рівномірний розподіл дрібних включень, відсутність внутрішніх і поверхневих розкатаних забруднень, усадочних дефектів, підвищена пластичність при гарячої механічній обробці.

При ЕШП ступінь десульфурації  становить 80%. Зміст сульфідних та оксидних включень зменшується в 1,5-2 рази. Цей процес є досить дорогим, тому сталь, виплавлена таким чином доцільно використовувати тільки в тих випадках, коли вироблені підшипники використовуються в особливо відповідальних виробах і агрегатах (літаки, атомні реактори тощо).

Таким чином бачим, що найбільш доцільний метод виплавки сталі  ШХ15 - це метод виплавки в електродуговій печі. Він поєднує в собі простоту, помірну ціну та результат.

 

 

 

 

 

 

 

4 АПАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА ВИРОБНИЦТВА СТАЛІ

 

Електродугова сталеплавильна піч – найбільш оптимальний спосіб виплавки конструкційної шарикопідшипникової сталі. Дугова сталеплавильна піч - піч, в якій теплота електричної дуги використовується для плавки сталі. Ємність дугових печей коливається від 6 до 200 тонн. Ці печі служать в першу чергу для виплавки легованих і високоякісних сталей, які важко одержувати в конверторах і мартенівських печах. Одна з головних особливостей дугової печі - можливість досягнення в робочому просторі високої температури (до 2500 ° С) [3].

В даному розділі розглянута схема виробництва сталі марки  ШХ15 методом виплавки в електродуговій сталеплавильній печі (ДСП-50). Апаратурно-технологічна схема плавки приведена на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 Апаратурно-технологічна схема виплавки сталі в електродуговій печі. 1 – Дугова піч; 2 – бортовий автомобіль; 3 – контейнер для  електродів; 4 – мостовий кран загального призначення 20x5; 5 – передаточний візок; 6 – електрод; 7 – пічна корзина грейферного типу; 8 – візок з зважувальним пристроєм; 9 – завалочний кран; 10 – центр обіжна заправочна машина; 11 – двокамерна нагрівальна піч; 12 – мульдо завалочна машина; 13 – пристрій для монтажу шиберних затворів; 14 – стенд для сушки розливних ковшів; 15 – розливний ківш; 16 – МНРЗ; 17 – мостовий розливний кран.

 

4.1 Підготовка шихтових матеріалів і завалення шихти

 

Шихта для плавки сталі  марки ШХ15 складається з 80% лому та 20% чавуну. Сталевий лом і відходи передільних цехів повинні відповідати вимогам ДСТУ і заводській інструкції по угрупованню відходів та забезпечувати щільне укладання шихти в цебрі. Розмір шматків шихти повинен бути не більше 1 м - для печей ємністю до 25 т, 2 м - для печей більшої ємності. Стружка не повинна бути вьюнообразной, проржавленной або промасленим. Вапно по хімскладу й фізичним властивостям повинна відповідати вимогам ДСТУ. Легуючі і раскислювачі.

Феррохром по ГОСТ 4557-79, фракції  від 5 ДО 50 мм.

Феросиліцій по ГОСТ 1415-78, фракції  від 5 ДО 50 мм.

Феромарганець по ГОСТ 4755-80, фракції від 5 до 50 мм.

Нікель по ГОСТ 849-70, листовий і гранульований.

 

4.2 Підготовка печі до завалювання

 

Схема дугової сталеплавильної  печі змінного струму (ДСП) приведена  на рис. 4.1 Піч працює на трифазному струмі промислової частоти. Дуга виникає  між металом і кожним з трьох  електродів. футерований кожух має  циліндрично-конічну форму. Звід має  куполоподібну форму. Звід пов'язаний з півпорталом (півпортал - Г-подібна  конструкція вантажопідйомного  пристрою), який в свою чергу з'єднан  з пристроєм підйому-опускання  і повороту півпорталу

Рис. 4.1 Схема дугової сталеплавильної  печі (ДСП):

1 – електродотримачі; 2 –  електроди; 3 – газовідборний патрубок; 4 – півпортал для підтримки  своду; 5 – сводове кільце; 6 –  опорна конструкція (люлька) –  на розрізі А-А на вказана; 7 – пристрій для електромагнітного  перемішування сталі; 8 – механізм  нахилу; 9 механізм підйому та  повороту своду при завантаженні  шихти; 10 – ущільнювачі; 11 – пісочний  затвор; 12 – робоче вікно; 13 –  опорні сегменти; 14 – виливний  жолоб; 15 – фундаментна балка 

 

Після випуску плавки подини і укоси ретельно очищаються від  залишків металу і шлаку. Потім подини і укоси заправляються магнезитовим, доломітовим порошками або їх сумішшю. Для заправки укосів дозволяється застосовувати магнезитовий порошок, зволожений водою. Заправка повинна проводитися в мінімально короткий час, щоб уникнути охолодження футеровки печі. Перед вмиканням печі перевіряється стан системи водяного охолодження, кисневої фурми, відведення газів з печі, установки електромагнітного перемішування, трансформатора та іншого електрообладнання.

 

4.3 Підготовка  та завалення шихти, подача  матеріалів у піч

 

Сталевий лом підвозиться  на пічній корзині шиберного типу. Потім краном завантажують у піч. Розмір шматків оборотного скрапу, що завантажується в баддю, не повинен перевищувати 1,5 м, а максимальна маса шматків 4 т. Не допускається застосування шихти, забрудненої вогнетривами, кольоровими металами, гумою, у вигляді закритих ємкостей. Остаточний розрахунок шихти виробляють не пізніше, ніж за 15 хвилин до закінчення завантаження окатишів і заносять в паспорт плавки. Маса брухту і відходів на плавку визначається приватними інструкціями і складає від 0 до 100 т. Рекомендується наступна послідовність завантаження складовими металлошіхти в баддю:

• дрібний лом від 10 до 15 т, великовагові (з масою шматка більше 200 кг)
• відходи від 8 до 10 т, лом з насипною щільністю не менше 0,8 т/м3.

Маса завалювання в  першій бадді повинна становити  не менше 60-70 тонн.

Вапно з нагрівальної печі мульдами завантажується до печі. Термін зберігання вапна з моменту вивантаження її з обпалювальної печі до використання на плавці не повинен перевищувати 2-х діб. Термін зберігання вапна у видаткових бункерах шихтового відділення та робочих бункерах печей не повинен перевищувати одну добу. Плавиковий шпат та феросплави подають через тракт завантаження. Дозування дискретне. Маса добавок, що подаються одне тимчасово, не повинна перевищувати 4 т. Порошкові раскислители подають в піч кидкової машиною стрічкового типу. Кускові легуючі і шлакоформуючі вводять в піч або в процесі випуску металу в ківш по тракту завантаження, перемикаючи заслінку розподільної воронки в положення «ківш» або «піч». Подачу в ківш починають після зливу 5-15 т сталі в послідовності: навуглецюватель, легуючі, шлакоформуючі. Допускається присадка легуючих і розкислювачів в піч і ківш минаючи тракт подачі матеріалів. При введенні легуючих матеріалів у завалку нікель і молібден по можливості не повинні завантажуватися під електроди щоб ​​уникнути великих втрат, феровольфрам - на середину печі, кокс - під електроди.

Також до печі на вантажному бортовому автомобілі підвозять  електроди, які потім встановлюються в піч.

4.5 Плавка сталі

 

Плавка проходить за вже зазначенноюпослідовністю.

 

4.6 Випуск сталі

 

Після отримання результатів  хімічного аналізу, нагрівання металу до необхідної температури і огляду ковша, плавку випускають в ківш без  пічного шлаку, швидко нахиляючи  піч у на чалі випуску та підтримуючи  надалі інтенсивний злив металу. Метал  випускається з електропечей у попередньо розігріті до температури 800-1200 °  С обладнані шиберними затворами  сталерозливних ковшів з шамотної, основний або нейтральною футеровкою. Вибір і підготовка ковша під  прийом плавки ведеться згідно приватним  технологічним інструкціям та інструкції з підготовки ковшів. Момент закінчення випуску, відповідний наповненню ковша металом в межах від 300 до 600 мм від верхньої кромки футеровки, визначають за брутто-масі ковша, зафіксованим зважують пристроєм сталевоза. Після закінчення випуску піч повертають у вихідне положення.

Ківш мостовим сталерозливним краном везуть на стенд МНРЗ радіального  типу. МНРЗ радіального типу – найбільш оптимальний варіант розливки сталі  марки ШХ15.

Після розливки сталі у  МНРЗ порожній ківш повертають на стенд  для просушки стале розливочних  ковшів.

 

5 РОЗРАХУНОК ШИХТИ

 

5.1 Розрахунок  шихти на виплавку сталі ШХ15

 

Розрахунок шихти на виплавку сталі ШХ15 у відкритій дуговій електропечі з основною футерівкою проводиться з метою визначення кількості шлаку та його компонентів для окислювального і відновного періодів плавки, необхідної кількості легуючих добавок і розкислювачів та отримання металу заданого хімічного складу.

Хімічний склад сталі  ШХ15 за ГОСТом та прийнятий для розрахунку приведені в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1. Хімічний склад  сталі ШХ15

Хімічний склад	Вміст елементів, %
	C	Mn	Si	Cr	Ni	Ni + Cu	Cu	S	P
							не більше
За ГОСТом	0,95 – 1,05	0,30 – 0,40	0,17 – 0,37	1,50 – 1,65	н.б. 0,30	н.б. 0,50	0,25	0,020	0,027
Прийняти до розрахунку	1	0,35	0,20	1,60	0,1	0,25	0,1	0,010	0,015

 

В якості  шихтових матеріалів використовують сталевий лом та чавун, хімічний склад яких  (таблиця 5.2) може бути взятий з літератури, технічних  звітах або інструкцій електросталеплавильних цехів.

Розрахунок проводиться  на 100 кг завалення. Шихта складається  з розрахунку отримання в кінці  періоду окислення вуглецю на 0,03-0,05% нижче за нижню межу заданої  марки сталі (0,03% – для високо- і середньовуглецевих сталей; 0,05% – для низьковуглецевих). Приймаємо в розрахунку 0,03%.

Кількість випалюваного вуглецю  за окислювальний період не менше 0,2-0,3% для високовуглецевих й 0,2-0,5% для  середньо- і низьковуглецевих сталей.

 

Таблица 5.2 Хімічний склад  стального лома та чавуну

Шихтовий матеріал	Вміст елементів, %
	С	Mn	Si	S	P
				не більше
Сталевий  лом	0,35	0,20	0,25	0,035	0,035
Чавун	4,10	0,70	0,75	0,030	0,25

 

Визначення необхідної кількості вуглецю в шихті

,

де 0,05% вуглецю, що взаємодіє  з окалиною шихти.

Приймаємо склад шихти:  сталевий лом – 80%, чавун – 20%

Визначення вмісту елементів  в заваленні:

,

де 0,35 і 4,1 – вміст вуглецю  в сталевому ломі та чавуні, %

Оскільки в заваленні  вміст вуглецю більше 0,94%, то додаткового  навуглецювання відбуватися не буде (якщо було би менше, то треба внести додатково графіт із розрахунку усвоєння 60% та склад вуглецю в графіті 86,5%).

Аналогічно підраховується вміст інших елементів завалення:

Плавка проводиться за класичною технологією та умовно розбивається на два періоди: окислювальний  та відновний.

 

5.2 Окислювальний  період плавки

      

Зміна хімічного складу металу за окислювальний період приведена  в          таблиці 5.3.

Таблиця 5.3. Зміна хімічного  складу металу за окислювальний період

Окислювальний період	Вміст елементів, %
	С	Mn	Si	P	S
Завалення	1,1	0,3	0,35	0,078	0,034
Видалено	0,2	0,225	0,35	0,0624	0,0085
Метал кінця окислювального періоду	0,9	0,075	сліди	0,0156	0,0255

 

Mn – вміст знижується  на 60–80%, прийнято 75%.

S – вміст знижується  на 20–30%, прийнято 25%.

P – вміст знижується на 80%.

Необхідно визначити кількість  шлаку  , руди , вапна .

У шлаках окислювального періоду  міститься, %:

При такому хімічному складі шлаку коефіцієнт розподілу фосфору  може бути прийнятий:

.

       Кількість   , яка переходить в шлак при окисленні фосфору в металі:

.

Допустимий вміст Р₂О₅ в шлаку: